有別於一般將燃料劇烈氧化反應(燃燒)過程的化學能轉成熱能的利用模式，燃料電池(fuel cell)能夠直接將氧化反應過程中的化學能直接轉換成電能，因此擁有非常高的效率。氫氣氧化後只會產生水，不會產生二氧化碳與其他污染物，氫燃料電池(hydrogen fuel cell)因而被認為是乾淨能源極佳的解決方案之一。
前些日子有幸參觀了國立海洋大學校區內一處行動網路基地台最近建置的燃料電池備用電源系統。以往較為重要的行動網路基地台為了因應天然災害發生時的緊急通訊需求，會配置電池與柴油發電機，而柴油發電機除了需要注意運轉時的廢氣排放、高溫、噪音等問題外，平時也需要有維護人員定期將其啟動運轉、保養，確保可用性。使用燃料電池的話能夠解決運轉時的廢氣排放、高溫、噪音等，同時定期維護工作較為簡便、能夠長時間供電等，成為新的解決方案選項。
http://blog.ntou.edu.tw/oceannews/2018/03/post_958.html
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燃料電池的基本原理
化學反應指的是原子與原子間鍵結狀況改變，產生不同產物分子的反應過程，例如生活中常當作燃料使用的烷烴類分子，遇到氧氣分子與達成氧化反應所需的能量(熱)後，便會反應產生二氧化碳與水。如果還記得一點點高中化學的話，應該知道原子外圍的電子，是原子與原子間鍵結的關鍵角色，而電子軌域的分布狀況也是決定化學反應能階的重要因素。
燃料電池透過特殊的轉換膜，捕捉氧化反應過程中，電子鍵結改變的能量形成電流，不需要像以往將化學能依序轉換為熱能、動能、電能等；因此比起以往的利用模式，燃料電池能夠更充分地利用燃料分子蘊藏的化學能(只有少部分的能量會轉成熱能)。而燃料電池因為沒有複雜的機械傳動結構，因此運轉時相當安靜，日常維護也相對較為簡單。
燃料電池的好處
和充電電池比起來，燃料電池更接近傳統燃料與內燃機引擎的利用模式：可以藉由裝填燃料的方式快速補充能量，且只要燃料儲存得當，長時間不使用也不會有一般電池的自放電問題。
另一方面，如鋰電池等目前常用的充電電池，因為電極與參與反應的物質一起被封裝在極小的空間內，遭到劇烈撞擊、過度充電等因素使內部發生損壞時，往往引起劇烈且難以撲滅的火勢。燃料電池只要將燃料來源予以隔離即可停止反應、不再釋放能量，且氫氣分子比空氣中的各種分子都還要氫，在開放空間中外洩後會以很快的速度往空中逸散，在汽機車、各類機動車輛的應用場合中，這將是燃料電池優勢。
氫燃料電池的實用化挑戰
燃料電池本身的材料選用與設計，將影響燃料電池的轉換效率(連帶影響同功率下燃料電池的體積與重量)、使用壽命、製造成本等。目前已有可裝置於車輛上且與傳統燃油系統體積相當的產品，對於使用壽命、防止轉換膜材質劣化等也有相對應的技術能力。但成本仍然很高，如果能透過製程的精進降低燃料電池的成本，將有助於讓燃料電池更加普及。
除了燃料電池本身的成本外，氫氣的來源也是一大挑戰，由於化學能階差異的因素，透過將水電解產生氫氣所消耗的電力，將比氫燃料電池所能產生的電力還要多，因此用電解的方式生產氫氣不是個有效的選項。除了電解以外，利用其他材料在適當的環境與催化劑作用下也能產生氫氣，其他生產氫的方案包含工業製程餘氫、燃煤氣化合成氣、甲烷轉換、甲醇轉換、氨轉換…等。
在氫氣儲存的部分，氫氣無法以壓縮的方式液化(要在極低溫下才能使氫成為液態)，因此目前氫燃料電池應用都是使用高壓鋼瓶儲存氫氣，或是使用甲醇、氨等形式在使用前轉換。這些加壓、儲存、轉換等過程也會成為氫燃料電池系統的使用成本。
家用整合應用案例：ENE-FARM
除了一開始講的行動網路基地台外，ENE-FARM是在日本東北地區的一個家用燃料電池計畫，將液化石油氣轉換產生氫氣作為燃料電池的燃料，除了供應家庭用電外，燃料電池產生的熱也能給熱水器利用。在氣候較為寒冷，熱水/暖氣需求較大的地區，是個效率很高的能源方案。
http://www.j-lpgas.gr.jp/en/appliances/index.html
除了燃料電池之外，氫氣的應用
除了作為燃料電池的燃料外，氫氣也可以用來取代汽油、天然氣等作為燃料，早在2000年代初期，BMW、Mazda等車廠即投入氫氣內燃機引擎的研究，取得不錯的成果，甚至有少量產品。在家用燃料的部分，目前有一些研究發現在天然氣中摻入10%以內的氫氣，可以直接在現有的爐具、熱水器等上使用；如果要使用更高比例的氫氣，甚至全部使用氫氣作為燃料，則需要特殊的爐具(因為氫氣的燃燒溫度比較高)，目前也有少量的實驗性質產品。
核能幫得上忙
氫燃料電池於其他氫氣能源解決方案要能夠普及化，氫氣製造成本扮演非常重要的角色。在幾種化學反應製造氫氣的方式中，碘硫循環反應搭配第四代核能反應器提供的高溫被認為是很經濟且環保的大量生產氫氣方式。這個反應分成三個項目，首先是二氧化硫(SO2)、碘(I2)、水(H2O)反應產生碘化氫與硫酸(SO2 + I2 + 2H2O -> 2HI + H2SO4)；碘化氫(HI)在約攝氏400’C分解成氫氣與碘(2HI -> H2 + I2)；硫酸(H2SO4)在約攝氏900’C分解為二氧化硫、水、氧氣(2H2SO4 -> 2SO2 + 2H2O + O2)。整個過程中，水會被分解為氫氣與氧氣，而碘、二氧化硫則會不斷地參與反應並被還原；和將水電解一樣，不會產生額外的二氧化碳排放。
至於選用核能的原因，是核能可以在不產生二氧化碳的情況下，大量且穩定地提供熱源，除了用於發電外，拿來製造氫氣將可以讓核能的低碳解決方案更加全面。因此核能業界在第四代(核分裂)反應器的提案中，加入了核能製氫應用考量作為機組設計的目標。
展望未來，第四代核分裂反應器、未來的核融合技術等，除了能夠大量提供穩定、經濟、安全且乾淨的電力外，也能提供氫氣作為核能解決方案的延伸、滿足更多不同應用場合的乾淨能源需求。